專利名稱：流體噴射裝置及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半導體裝置，特別是涉及一種流體噴射裝置及其制造方法。
背景技術：
目前，流體噴射技術已廣泛應用于各種科技領域的中，例如打印機噴墨頭、燃油噴射裝置或是生物醫(yī)學系統(tǒng)如藥劑注射機制等的科技產(chǎn)品。
公知的流體噴射裝置可參見圖1加以說明。圖1是顯示美國專利第6,102,530號所揭示的流體噴射裝置，此流體噴射裝置包括一硅基材38、一歧管26，以輸送流體、流體腔14，設于歧管26的一側，用以容納該流體、噴孔18，設于流體腔14的表面，用以供該流體噴出、以及噴射組件20、22，設于噴孔18周圍。
以下特別針對上述流體噴射裝置中流體腔14的制造方法加以說明，參閱圖2a至圖2c。如圖2a所示，提供一包括上、下兩保護層42、44的基底38。接著，如圖2b所示，以非等向性濕蝕刻法蝕刻基底38的背面，以形成一歧管26，并露出替代層40，之后，再以氫氟酸(HF)溶液蝕刻移除替代層40，并再次使用KOH對基材38蝕刻以完成一流體腔14的制作，如圖2c所示。
然而，如圖3a與3b所示，其中圖3a是為一流體腔的光掩模圖形，圖3b則為蝕刻流體腔后的示意圖，當以非等向性濕蝕刻法制造流體腔14時，由于非等向性蝕刻對不同晶格平面有著不同的蝕刻速度，于是過程中勢必對隔開流體腔的基材部分30產(chǎn)生蝕刻作用，造成流體腔長度與設計上有所差異，導致流體腔間的相互干擾(cross talk)，同時當蝕刻尖點31出現(xiàn)時，也會有應力集中的效應，對結構強度及使用壽命也會造成嚴重的影響，且結構尺寸越小，此一現(xiàn)象就越益嚴重。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是公開一種流體噴射裝置，打算由相同流體腔長度的設計，以改善回填(refill)過程中相互干擾(cross talk)的現(xiàn)象。
為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種流體噴射裝置，包括一基底；一形成于該基底上的結構層；一歧管，該歧管設置于該基底中，以供應流體；多個具有相同長度的流體腔，所述多個具有相同長度的流體腔形成于該基底與該結構層之間并與該歧管連通，以容納要噴射的流體；多個通道，所述多個通道成于所述這些流體腔與該歧管之間，其中每一通道兩端分別連接一流體腔與該歧管；以及多個噴孔，所述多個噴孔穿過該結構層并與所述這些流體腔連通，以噴射流體，其中所述這些噴孔與該歧管的距離大體不同。
依本發(fā)明流體噴射裝置的設計，當流體回填時，由于流體腔與歧管之間形成的狹長型通道，使得相互鄰近的流體腔不會再因流體擾動過大而產(chǎn)生彼此干擾的現(xiàn)象。
本發(fā)明另提供一種流體噴射裝置的制造方法，該多個噴孔包括下列步驟提供一基底；形成一圖形化替代層于該基底上，該圖形化替代層是作為一預定形成多個通道以及多個具有相同長度流體腔的區(qū)域；形成一圖形化結構層于該基底上，并覆蓋該圖形化替代層；形成一歧管穿過該基底，并露出該圖形化替代層；移除該替代層，以完成所述這些通道與所述這些流體腔的制作，其中該流體腔借助該通道與該歧管連通；以及蝕刻該結構層，以形成多個與所述這些流體腔連通的噴孔，其中所述這些噴孔與該歧管的距離大體不同。
為使本發(fā)明的上述目的、特征及優(yōu)點能更明顯易懂，下面特舉一較佳實施例，并結合附圖，作詳細說明如下


圖1是為美國專利第6,102,530號中流體噴射裝置的示意圖。
圖2a至圖2c是為美國專利第6,102,530號中流體噴射裝置制作的剖面示意圖。
圖3a與圖3b是為公知光掩模圖形與非等向性蝕刻示意圖。
圖4a至圖4d是為根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的流體噴射裝置制作的示意圖。
圖5a與圖5b是為根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的流體噴射裝置的光掩模圖形與蝕刻示意圖。
圖6a與圖6b是為根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的流體噴射裝置的光掩模圖形與蝕刻示意圖。
圖7a與圖7b是為根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的流體噴射裝置的光掩模圖形與蝕刻示意圖。
附圖符號說明公知部份(圖1、圖2a至圖2c以及圖3a與3b)14～流體腔；18～噴孔；20、22～噴射組件；26～歧管；30、38～基材；31～蝕刻尖點；40～替代層；42、44～保護層。
本發(fā)明實施例部份(圖4a至圖4c、圖5a與圖5b、圖6a與圖6b以及圖7a與圖7b)Lc～流體腔長度；Ln～頸部結構長度；Wch～連接處寬度；Wn～頸部結構寬度；400～基底；405～替代層；410、510、610、710～歧管；420、520、620、720～流體腔；430～通道；525、625、725～頸部結構；530～連接處；440～結構層；450～電阻層；
460～隔離層；470～導電層；480～保護層；490～訊號傳送線路接觸窗；495～噴孔；θ～夾角；具體實施方式

實施例1本實施例流體噴射裝置的構成特征為，如圖4d所示，流體腔420與歧管410之間形成一狹長通道430，使所述這些流體腔420的長度(Lc)維持相同。
參閱圖4b(剖面示意圖)以及圖4d(俯視示意圖)，說明本實施例流體噴射裝置的構成，其中圖4b是為圖4d沿4b-4b剖切線的剖面圖。如圖4b所示，該流體噴射裝置包括一基底400、一歧管410、流體腔420、通道430、一結構層440、一電阻層450、一隔離層460、一導電層470、一保護層480、多個訊號傳送線路接觸窗490以及多個噴孔495。其中歧管410形成于基底400中，流體腔420與通道430形成于基底400與結構層440之間，且由于通道430的設計使流體腔420的長度均一致，如圖4d所示。
結構層440覆蓋于基底400、通道430以及流體腔420上。電阻層450設置于結構層440上，且位于噴孔495兩側，其代表多個流體噴射致動器例如為加熱器，使流體經(jīng)由噴射致動器驅動后，由噴孔495噴出。隔離層460覆蓋于基底400、結構層440以及電阻層450上，但露出部分電阻層450，以形成加熱器接觸窗。導電層470覆蓋于隔離層460上，并填入加熱器接觸窗，作為訊號傳送線路。
保護層480覆蓋于隔離層460以及導電層470上，并露出部分導電層470，形成有多個訊號傳送線路接觸窗490，以利后續(xù)的封裝作業(yè)。另外多個噴孔495穿過保護層480、導電層470、電阻層450以及結構層440的各層，并與流體腔420連通。
接著參閱圖4a至圖4c，說明本發(fā)明的一實施例的流體噴射裝置的制作。首先，如圖4a所示，提供一基底400，例如一硅基底，基底400的厚度大體介于625～675微米。接著，進行本實施例的一特征步驟，圖形化替代層405的制作，首先，形成一替代層于基底400的一第一面4001上，之后，以一具有通道與流體腔圖形布局的光掩模，如圖4c所示，對該替代層進行曝光，經(jīng)顯影后即形成一包括一通道圖形與一流體腔圖形的圖形化替代層405，其中形成流體腔圖形的長度均一致。
替代層405由硼磷硅玻璃(BPSG)、磷硅玻璃(PSG)或氧化硅材料所構成，其中以磷硅玻璃為較佳的選擇，替代層405的厚度大體介于1～2微米。
接著形成一圖形化結構層440于基底400上，且覆蓋圖形化替代層405，結構層440可為由化學氣相沉積法(CVD)所形成的一氮氧化硅層，結構層440的厚度大體介于1.5～2微米。此外，結構層440為一低應力材料，其應力值大體介于100～200百萬帕(MPa)的拉應力。
接著，形成一圖形化電阻層450于結構層440上，以做為流體噴射致動器例如為加熱器，使流體經(jīng)由噴射致動器驅動后，由后續(xù)制作的噴孔噴出，電阻層450由HfB2、TaAl、TaN或TiN所構成，其中以TaAl為較佳的選擇。
再形成一圖形化隔離層460，覆蓋基底400、結構層440以及電阻層450，且形成加熱器接觸窗之后，形成一圖形化導電層470于隔離層460上，并填入加熱器接觸窗，以形成訊號傳送線路。最后，形成一保護層480于隔離層460與導電層470上，且形成訊號傳送線路接觸窗490，使導電層470露出，以利后續(xù)封裝作業(yè)。
接下來，參見圖4b，開始進行一連串的蝕刻，以形成最終的流體噴射裝置。首先，以非等向性的濕蝕刻法，蝕刻液例如為氫氧化鉀(KOH)溶液，蝕刻基底400的背面，即一第二面4002，以形成一歧管410，并露出圖形化替代層405。
歧管410的窄開口寬度大體介于160～200微米，寬開口寬度大體介于1100～1200微米，其內(nèi)壁與水平線夾角θ大體為54.74度，于是蝕刻之后的歧管410為一下寬上窄的形狀結構，而歧管410向下與一流體儲存槽相互連通。
接著用含氫氟酸(HF)溶液的濕蝕刻法，蝕刻圖形化替代層405，之后，再度以蝕刻液例如為氫氧化鉀(KOH)溶液的濕蝕刻法蝕刻基底400，以擴大圖形化替代層405被掏空的區(qū)域，而形成流體腔420與通道430。通道430形成于流體腔420與歧管410之間，且由于通道430的特殊設計使所述這些流體腔420的長度(Lc)均相同，如圖4d所示。
最后，依序蝕刻保護層480、隔離層460與結構層440，以形成與流體腔420連通的噴孔495，其中噴孔495與歧管410的距離大體不同。蝕刻是利用等離子蝕刻、化學氣體蝕刻、反應性離子蝕刻或激光蝕刻法。至此，即完成一流體噴射裝置的制作。
本實施例利用光掩模上歧管-通道-流體腔的特殊連接布局，在蝕刻速率較快的方向作補償，而維持了流體腔間長度的一致性，明顯改善流體回填至某一流體腔時易干擾鄰近流體腔噴墨效果的現(xiàn)象。
實施例2本實施例流體噴射裝置的構成特征為，如圖5b所示，流體腔520與歧管510之間形成一頸部結構525，使所述這些流體腔520的長度(Lc)維持相同，且頸部結構525向內(nèi)與歧管510連接處530的寬度(Wch)也維持相同，本實施例與實施例1的差異在于，實施例1僅維持流體腔420的長度相同，而本實施例除所有流體腔520長度均相同外，另加設的頸部結構525，其向內(nèi)與歧管510連接處530的寬度(Wch)也均相同。
本實施例流體噴射裝置的制造步驟與實施例1的步驟大體相同，僅在圖形化替代層的圖形形成上有所差異，以下即就本實施例與實施例1的差異部分作說明。在形成一替代層于基底的一第一面上后，以一具有頸部結構與流體腔圖形布局的光掩模，如圖5a所示，對該替代層進行曝光，經(jīng)顯影后即形成一包括一頸部結構圖形與一流體腔圖形的圖形化替代層，其中形成流體腔圖形的長度均一致。
在各半導體層完成沉積步驟后，開始進行一連串的蝕刻，以形成最終的流體噴射裝置。蝕刻后形成流體腔520與頸部結構525。頸部結構525形成于流體腔520與歧管510之間，由于頸部結構525的特殊設計使所述這些流體腔520的長度(Lc)均相同，另外頸部結構525向內(nèi)與歧管510連接處530的寬度(Wch)也均相同，如圖5b所示。
本實施例歧管-頸部結構-流體腔特殊連接布局的光掩模，其呈矩形、狹長設計的頸部結構，使流體腔維持一固定尺寸，且頸部結構向內(nèi)與歧管連接處的相同寬度，也明顯改善鄰近腔室的干擾現(xiàn)象，此外，因光掩模中增加如圖3b所示間隔30前端部位的面積而有效減緩了蝕刻尖角的出現(xiàn)。
實施例3
本實施例流體噴射裝置的構成特征為，如圖6b所示，流體腔620與歧管610之間形成一頸部結構625，使所述這些流體腔620的長度(Lc)維持相同，且頸部結構625的長度(Ln)也均相同，本實施例與實施例2的差異在于，實施例2未設定頸部結構525的長短，而本實施例則設計頸部結構625的長度(Ln)均相同。
本實施例流體噴射裝置的制造步驟與實施例2的步驟大體相同，僅在圖形化替代層的圖形形成上有所差異，以下即就本實施例與實施例2的差異部分作說明。在形成一替代層于基底的一第一面上后，以一具有頸部結構與流體腔圖形布局的光掩模，如圖6a所示，對該替代層進行曝光，經(jīng)顯影后即形成一包括一頸部結構圖形與一流體腔圖形的圖形化替代層，其中形成流體腔圖形的長度均一致，且頸部結構圖形的長度也均相同。
在各半導體層完成沉積步驟后，開始進行一連串的蝕刻，以形成最終的流體噴射裝置。蝕刻后形成流體腔620與頸部結構625。頸部結構625形成于流體腔620與歧管610之間，由于頸部結構625的特殊設計使所述這些流體腔620的長度(Lc)均相同，另外頸部結構625的長度也維持相同，如圖6b所示。
本實施例歧管-頸部結構-流體腔特殊連接布局的光掩模，其頸部結構的設計，使流體腔維持一固定尺寸，且該相同長度的頸部結構，除改善干擾的現(xiàn)象外，對控制流阻也助益甚多。
實施例4本實施例流體噴射裝置的構成特征為，如圖7b所示，流體腔720與歧管710之間形成一頸部結構725，使所述這些流體腔720的長度(Lc)均相同，且頸部結構725的長度(Ln)也均相同，而其寬度(Wn)隨流體腔720遠離歧管710的距離而增加，本實施例與實施例3的差異在于，實施例3未設定頸部結構625的寬窄，而本實施例中頸部結構725的寬度(Wn)隨流體腔720遠離歧管710的距離而增加。
本實施例流體噴射裝置的制造步驟與實施例3的步驟大體相同，僅在圖形化替代層的圖形形成上有所差異，以下即就本實施例與實施例3的差異部分作說明。在形成一替代層于基底的一第一面上后，以一具有頸部結構與流體腔圖形布局的光掩模，如圖7a所示，對該替代層進行曝光，經(jīng)顯影后即形成一包括一頸部結構圖形與一流體腔圖形的圖形化替代層，其中形成流體腔圖形的長度均一致，且頸部結構圖形的長度也均相同，另頸部結構圖形的寬度隨流體腔圖形遠離未來形成歧管位置的距離而增加。
在各半導體層完成沉積步驟后，開始進行一連串的蝕刻工藝，以形成最終的流體噴射裝置。蝕刻后形成流體腔720與頸部結構725。頸部結構725形成于流體腔720與歧管710之間，由于頸部結構725的特殊設計使所述這些流體腔720的長度(Lc)均相同，且頸部結構725的長度也維持相同，另外頸部結構725的寬度隨流體腔720遠離歧管710的距離而增加，例如Wn3＞W(wǎng)n2＞W(wǎng)n1，如圖7b所示。
本實施例歧管-頸部結構-流體腔特殊連接布局的光掩模，其頸部結構的設計，使流體腔維持一固定尺寸，且頸部結構寬度的變動，精確控制了各流體腔的流阻，大幅提高噴射裝置的噴墨品質。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例公開如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，任何本技術領域的普通技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當然可作更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍應以權利要求書范圍所界定的為準。
權利要求
1.一種流體噴射裝置，包括一基底；一形成于該基底上的結構層；一歧管，該歧管設置于該基底中，以供應流體；多個具有相同長度的流體腔，所述多個具有相同長度的流體腔形成于該基底與該結構層之間并與該歧管連通，以容納要噴射的流體；以及多個噴孔，所述多個噴孔穿過該結構層并與所述這些流體腔連通，以噴射流體。
2.如權利要求1所述的流體噴射裝置，其特征在于在該歧管與每一流體腔之間，還形成有一通道。
3.如權利要求2所述的流體噴射裝置，其特征在于該通道與該歧管接合的寬度大于其與該流體腔接合的寬度。
4.如權利要求1所述的流體噴射裝置，其特征在于所述多個噴孔至該歧管的距離大體不同。
5.一種流體噴射裝置，包括一基底；一形成于該基底上的結構層；一歧管，該歧管設置于該基底中，以供應流體；多個流體腔，所述多個流體腔形成于該基底與該結構層之間并與該歧管連通，以容納要噴射的流體，其中在該歧管與每一流體腔之間，還包括形成有一包括一頸部結構的通道；以及多個噴孔，所述多個噴孔穿過該結構層并與所述這些流體腔連通，以噴射流體。
6.如權利要求5所述的流體噴射裝置，其特征在于所述多個流體腔的長度大體相同。
7.如權利要求5所述的流體噴射裝置，其特征在于所述多個流體腔的長度不同。
8.如權利要求5所述的流體噴射裝置，其特征在于該頸部結構為一矩形。
9.如權利要求5所述的流體噴射裝置，其特征在于所述這些頸部結構的長度大體相同。
10.如權利要求5所述的流體噴射裝置，其特征在于所述這些頸部結構的長度不同。
11.如權利要求5所述的流體噴射裝置，其特征在于所述這些頸部結構的寬度大體相同。
12.如權利要求5所述的流體噴射裝置，其特征在于所述這些頸部結構的寬度不同。
13.如權利要求5所述的流體噴射裝置，其特征在于該頸部結構的寬度小于該流體腔的寬度。
14.如權利要求5所述的流體噴射裝置，其特征在于該頸部結構的寬度小于該通道與該歧管接合的寬度。
15.如權利要求5所述的流體噴射裝置，其特征在于所述這些通道與該歧管接合的寬度大體相同。
16.如權利要求5所述的流體噴射裝置，其特征在于所述這些通道與該歧管接合的寬度不同。
17.如權利要求5所述的流體噴射裝置，其特征在于所述多個噴孔至該歧管的距離大體不同。
18.一種流體噴射裝置，包括一基底；一形成于該基底上的結構層；一歧管，該歧管設置于該基底中，以供應流體；多個流體腔，所述多個流體腔形成于該基底與該結構層之間并與該歧管連通，以容納要噴射的流體，其中該歧管與每一流體腔之間，還形成有一包括一頸部結構的通道，且所述這些頸部結構的寬度隨所述多個流體腔遠離該歧管的距離而增加；以及多個噴孔，所述多個噴孔穿過該結構層并與所述多個流體腔連通，以噴射流體。
19.如權利要求18所述的流體噴射裝置，其特征在于所述多個流體腔的長度大體相同。
20.如權利要求18所述的流體噴射裝置，其特征在于所述多個流體腔的長度不同。
21.如權利要求18所述的流體噴射裝置，其特征在于該頸部結構為一矩形。
22.如權利要求18所述的流體噴射裝置，其特征在于所述這些頸部結構的長度大體相同。
23.如權利要求18所述的流體噴射裝置，其特征在于所述這些頸部結構的長度不同。
24.如權利要求18所述的流體噴射裝置，其特征在于該頸部結構的寬度小于該流體腔的寬度。
25.如權利要求18所述的流體噴射裝置，其特征在于該頸部結構的寬度小于該通道與該歧管接合的寬度。
26.如權利要求18所述的流體噴射裝置，其特征在于所述這些通道與該歧管接合的寬度大體相同。
27.如權利要求18所述的流體噴射裝置，其特征在于所述這些通道與該歧管接合的寬度不同。
28.如權利要求18所述的流體噴射裝置，其特征在于所述多個噴孔至該歧管的距離大體不同。
全文摘要
本發(fā)明為一種流體噴射裝置及其制造方法，其中流體噴射裝置包括一基底；一形成于該基底上的結構層；一歧管，該歧管設置于該基底中，以供應流體；多個具有相同長度的流體腔，所述多個具有相同長度流體腔形成于該基底與該結構層之間并與該歧管連通，以容納要噴射的流體；以及多個噴孔，所述多個噴孔穿過該結構層并與所述多個流體腔連通，以噴射流體，其中該所述多個噴孔與該歧管的距離大體不同。本發(fā)明還包括流體噴射裝置的制造方法。
文檔編號B41J2/04GK1733481SQ20041005648
公開日2006年2月15日 申請日期2004年8月11日 優(yōu)先權日2004年8月11日
發(fā)明者李英堯 申請人:明基電通股份有限公司